Кафедра пожежної і техногенної безпеки об'єктів та технологій
Національного університету цивільного захисту України
Пожежна безпека виробництв Методичні вказівки до виконання розрахункових задач Харків 2014
|
Друкується за рішенням засідання кафедри пожежної і техногенної безпеки об'єктів та технологій НУЦЗ України Протокол від 27.11.14 № 3 |
Рецензент: М.М. Удянський, кандидат технічних наук, доцент, начальник факультету пожежної безпеки Національного університету цивільного захисту України.
Пожежна безпека виробництв: Методичні вказівки до виконання розрахункових задач для підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр» у галузі знань "Цивільна безпека" за напрямом підготовки “Охорона праці” / Укладачі: О.М. Роянов., О.О. Тесленко. – Х: НУЦЗУ, 2014. – 66 с.
В методичних вказівках до виконання розрахункових задач для підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр» у галузі знань "Цивільна безпека" за напрямом підготовки “Охорона праці” наведені теоретичні матеріали з прикладами розв’язання задач та завдання для самостійної роботи при вивченні дисципліни «Пожежна безпека виробництв».
ЗМІСТ
Вступ |
3 |
1. ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА ВИХОДУ ГОРЮЧИХ РЕЧОВИН ІЗ НОРМАЛЬНО ПРАЦЮЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ АПАРАТІВ. Оцінка кількості горючих речовин, що виходять назовні під час локального та повного пошкодження технологічного обладнання |
3 |
2. КАТЕГОРУВАННЯ ПРИМІЩЕНЬ ТА БУДІВЕЛЬ ЗА ВИБУХОПОЖЕЖНОЮ ТА ПОЖЕЖНОЮ НЕБЕЗПЕКОЮ. Розрахункове визначення категорій приміщень, будинків та зовнішніх установок за вибухопожежною та пожежною небезпекою |
13 |
3. ВИРОБНИЧІ ДЖЕРЕЛА ЗАПАЛЮВАННЯ ТА ПОПЕРЕДЖЕННЯ ЇХ ВИНИКНЕННЯ. Розрахунок параметрів перегрітого підшипника як можливого джерела запалювання |
30 |
4. ЗАПОБІГАННЯ ПОШИРЕННЮ АВАРІЙНИХ СИТУАЦІЙ НА ВИРОБНИЦТВІ. Розрахунок гравійного вогнеперешкоджувача |
32 |
5. ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА ПРОЦЕСІВ РЕКТИФІКАЦІЇ. Розрахунок приросту тиску в ректифікаційній колонні при порушенні теплообміну |
40 |
6. ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА ГІДРАВЛІЧНИХ ПРОЦЕСІВ. Протипожежний захист резервуарів з нафтопродуктами. Розрахунок запобіжного клапану |
41 |
7. ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА ГІДРАВЛІЧНИХ ПРОЦЕСІВ. Визначення пожежовибухонебезпеки середовища з наявністю пилоповітряних сумішей |
49 |
8. ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА ХІМІЧНИХ ВИРОБНИЦТВ. Вибухозахист хімічних реакторів. Розрахунок запобіжної мембрани |
52 |
Додатки |
57 |
Література |
66 |
Вступ
Вивчення дисципліни «Пожежна безпека виробництв» потребує системного підходу до визначення основних технологічних процесів, які здійснюються на підприємствах різних галузей з метою отримання кінцевого продукту. При цьому вкрай важливим завданням щодо визначення основних небезпек виробництва є визначення основних небезпек та ділянок у ланцюгу технологічного процесу.
При вивченні дисципліни «Пожежна безпека виробництв» курсанти та слухачі одержують теоретичні знання та проводять розрахунки щодо інженерних заходів забезпечення пожежної безпеки технологічних процесів виробництв.
В методичних вказівках до виконання розрахункових задач наведені теоретичні матеріали, приклади розв’язання завдань та завдання для виконання курсантами та слухачами з метою закріплення, поглиблення і узагальнення знань відповідно робочої програми навчальної дисципліни 3.12. «Пожежна безпека виробництв» за напрямом підготовки 6.170202 “Охорона праці”.
ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА ВИХОДУ ГОРЮЧИХ РЕЧОВИН ІЗ НОРМАЛЬНО ПРАЦЮЮЧИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ АПАРАТІВ. Оцінка кількості горючих речовин, що виходять назовні під час локального та повного пошкодження технологічного обладнання
Вибір завдання для виконання.
Вибір варіанту виконується за списком у журналі:
І-й варіант (перші 10 за списком у журналі) — задача 1.1 (10 варіантів);
ІІ-й варіант (від 11 до 20 за списком у журналі)— задача 1.2 (10 варіантів);
ІІІ-й варіант (від 21 до 30 за списком у журналі)— задача 1.3 (10 варіантів).
Завдання 1.1
Визначити об’єм зони вибухонебезпечних концентрацій, що може утворитися внаслідок повного випаровування горючої рідини, яка виходить назовні при локальному пошкодженні днища апарата (аварію ліквідовано через 10 хвилин). Вентиляція в приміщенні відсутня. Вільний об’єм приміщення 850 м3, а площа підлоги 120 м2. Діаметр отвору у днищі апарата dотв, вид ЛЗР, робочій тиск в апараті Рр, температура рідини і повітря в приміщені tp, а також висота стовпа рідини Н наведені в таблиці 1.1. Коефіцієнт витрат дорівнює 0,4.
Таблиця 1.1 – Показники для розв’язанння завдання 1.1
№ варіанта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Рідина |
Ацетон |
Толуол |
Етанол |
Бензол |
Метанол |
Ацетон |
Етанол |
Метанол |
Бензол |
Толуол |
dотв, мм |
2 |
2,5 |
3 |
3,5 |
4 |
4,5 |
5 |
4,5 |
4 |
3,5 |
Pp, МПа |
0,15 |
0,15 |
0,2 |
0,25 |
0,3 |
0,35 |
0,4 |
0,45 |
0,5 |
0,5 |
tp,0C |
20 |
18 |
26 |
20 |
22 |
18 |
20 |
28 |
26 |
22 |
H, м |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
3 |
Завдання 1.2
Визначити об’єм зони вибухонебезпечних концентрацій і при необхідності тривалість утворення ВНК у всьому об’ємі виробничого приміщення при локальному пошкодженні апарата з горючим газом (пошкодження ліквідовано через 15 хвилин). Приміщення обладнане аварійною вентиляцією кратністю А год-1. Вид горючого газу, діаметр отвору в стінці апарата dотв, робочий тиск в апараті Pр, геометричний об’єм приміщення Vr наведені в таблиці 1.2. Коефіцієнт витрати дорівнює 0,65, а температура газу в апараті дорівнює 20°С.
Таблиця 1.2 – Показники для розв’язанння завдання 1.2
№ варіанта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Газ |
Етан |
Етилен |
Метан |
Сірководень |
Водень |
Аміак |
Етан |
Етилен |
Метан |
Водень |
dотв, мм |
15 |
20 |
25 |
30 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
15 |
Pp, МПа |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
0,5 |
1,2 |
1,1 |
1,0 |
0,8 |
0,4 |
0,9 |
Vг, м3 |
600 |
900 |
1200 |
2000 |
1500 |
1200 |
1600 |
2000 |
2400 |
800 |
А, 1/год |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
7 |
8 |
10 |
Завдання 1.3
У всмоктуючий колектор газового компресора, який працює під розрідженням, підсмоктується повітря через тріщину, що утворилася в зварному сполученні. Компресор стискає чистий горючий газ. Визначити концентрацію повітря у колекторі після його пошкодження і зробити висновок про пожежовибухонебезпеку газовоповітряної суміші, що утворюється якщо температура газу в колекторі tp=40°C, а навколишнього повітря tp=20°C. Вид горючого газу в колекторі, площа отвору fотв, витрати газу q та розрідження в колекторі Pп наведені в таблиці 1.3. Коефіцієнт витрат слід прийняти рівним 0,27.
Таблиця 1.3 – Показники для розв’язанння завдання 1.3
№ варіанта |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Газ |
Ацетилен |
Водень |
Оксид вуглецю (СО) |
Етан |
Ацетилен |
Метан |
Оксид вуглецю (СО) |
Водень |
Етан |
Метан |
fотв, мм2 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
21 |
22 |
23 |
q, м3/год |
0,5 |
2,6 |
10,7 |
8,8 |
6,9 |
12,0 |
4,1 |
7,2 |
8,3 |
1,4 |
Pp, КПа |
20 |
10 |
4 |
0,6 |
15 |
0,1 |
8 |
0,2 |
12 |
20 |
Приклад виконання завдання 1.1
Визначити
об’єм
зони вибухонебезпечних концентрацій,
що може утворитися внаслідок повного
випаровування горючої рідини, яка
виходить назовні при локальному
пошкодженні днища апарата (аварію
ліквідовано через 10 хвилин). Вентиляція
в приміщенні відсутня. Вільний об’єм
приміщення 850 м3,
а площа підлоги 120 м2.
Діаметр отвору у днищі апарата dотв=3,6
мм, вид ЛЗР- толуол, робочій тиск а апараті
Рр=0,56
МПа, температура рідини і повітря в
приміщені tp=23оС,
а також висота стовпа рідини Н=4м.
Коефіцієнт витрат дорівнює 0,4, густина
рідини
= 865,8кг/м3.
Розв’язання:
Знаходимо надлишковий тиск середовища в апараті над поверхнею рідини за формулою:
(1.1)
,
де 
– надлишковий тиск середовища в апараті
над поверхнею рідини, Па;
– абсолютний
робочий тиск середовища в апараті, Па.
Приведений напір в апараті, під дією якого відбувається витікання рідини через отвір (м), знаходять за формулою
,
(1.2)
де – густина речовини при робочій температурі, кг/м3;
=9,81 м/c2
- прискорення сили ваги;
Н– висота стовпа рідини, м.
.
Далі необхідно знайти швидкість витікання рідини через отвір в корпусі апарата (Р=const), що визначають за формулою
(1.3)
де 
– приведений напір в апараті, під дією
якого відбувається витікання рідини
через отвір,(м).
Для того, щоб знайти кількість горючих речовин, що виходять назовні, необхідно знайти переріз отвору:
(1.4)
.
Кількість горючих речовин, що виходять назовні під час локальних пошкоджень апаратів, визначають за формулою:
(1.5)
де 
– кількість горючих речовин, що виходять
назовні, кг;
– коефіцієнт витрати;
– переріз отвору, через який горюча
речовина виходить назовні, м2;
– швидкість витікання речовини через
отвір, м/c;
-
густина речовини при робочій температурі,
кг/м3;
– тривалість витікання речовини через
отвір, c.
.
Визначаємо об’єм зони вибухонебезпечних концентрацій, що може утворитися внаслідок повного випаровування горючої рідини, яка виходить назовні при локальному пошкодженні днища апарата:
де
- об’єм
місцевої зони ВНК,м3;
X
- нижня концентраційна межа поширення полум’я, кг/м3;
– коефіцієнт
запасу надійності, дорівнює 2.
Відповідь:
об’єм
зони вибухонебезпечних концентрацій
становить
,
що може утворитися внаслідок повного
випаровування горючої рідини, яка
виходить назовні при локальному
пошкодженні днища апарата ( аварія
ліквідовано через 10 хвилин).
Приклад виконання завдання 1.2
Визначити об’єм зони вибухонебезпечних концентрацій і при необхідності тривалість утворення ВНК у всьому об’ємі виробничого приміщення при локальному пошкодженні апарата з горючим газом етаном (пошкодження ліквідовано через 15 хвилин). Приміщення обладнане аварійною вентиляцією кратністю А=5год-1. Діаметр отвору в стінці апарата dотв=16мм, робочий тиск в апараті Pр=0,9МПа, геометричний об’єм приміщення Vr=700м3. Коефіцієнт витрати дорівнює 0,65, а температура газу в апараті дорівнює 20°С.
Розв’язання.
Визначаємо критичний тиск за формулою:
,
(1.6)
де k – показник адіабати. Значення k – для етану з табл. 5 додатку 1 дорівнює 1,22.
Тоді
де k – показник адіабати. Значення k – для різних парів та газів наведені в табл. 5 додатку 1.
2) Швидкість витікання перегрітих парів або газів через отвір залежить від режиму витікання та визначається за наступними формулами:
для докритичного режиму витікання, коли Рс>Ркр
, (1.7)
для
критичного режиму витікання, коли
,
(1.8)
де 
– тиск навколишнього середовища, до
якого відбувається витікання газів, Па
(
);
R - універсальна газова стала. R=8314,31 Дж/кг··К.
У
нашому випадку
(1,01325·105
КПа
502КПа)
.
3) Для того, щоб знайти кількість горючих речовин, що виходять назовні необхідно знайти переріз отвору, через який горюча речовина виходить назовні за формулою (1.4)
.
4) Також визначаємо молярний об’єм газу за робочих умов за формулою:
, (1.9)
де
–
молярний об’єм парів або газів у
нормальних умовах;
– температура
у нормальних фізичних умовах;
– тиск
у нормальних фізичних умовах (
);
та
– відповідно робоча температура (К) та
робочий тиск системи, Па.
